风力发电原理是电磁感应吗 基本原理、主要构成和价格占比

一、风力发电的基本原理

1.风力发电的原理

风力发电是指通过捕捉风能转化机械动能再转化为电能，利用风力带动风机叶片旋转，当风吹向叶片时驱动风轮转动，以气流的机械动能推动发电机发电，即完成整个机械能转化为电能的过程，其中物理原理为电磁感应定律。

二、风力发电机的主要构成

发电机的核心部分可简要分成三大部分，分别是风轮叶片，发电机舱和塔筒塔架。

1.1风轮部分（叶片、轮毂铸件、变桨轴承、导流罩）

1.1.1叶片

风轮是由3个叶片构成，对于叶片材料有着重量轻、强度高等要求，主要由基体、增强材料（玻璃纤维、碳钎维、芯材以及特殊涂层）组成。叶片是影响整机发电效率和性能的关键部件，在风电整机组成成本中占比也是最高，约为23.58%。

1.1.2轮毂（铸件）

轮毂用以固定风轮的叶片，其作用是以可旋转的方式承载叶片(及叶片的变桨轴承等风机组件)以产生电能。由于叶片的重量较大以及需要考虑到极端风力情况，轮毂需要根据每个风机的由轮毂承载的风机组件的实际负载情况进行设计和定制，部分轮毂的损坏可能导致必须再次个性化地单独制造这样的轮毂。

1.1.3变桨轴承

变桨轴承安装于叶片和 轮毂之间，内、外圈通过螺栓分别与叶片和轮毂联结，使叶片可以相对其轴线旋转以达到变桨的目的。

1.2发电机舱部分（齿轮箱、发电机、主轴及主轴承座、制动器、风速风向计量设备、机舱控制站、变桨系统、偏航系统和偏航马达等）

1.2.1齿轮箱

当风吹过风轮叶片使叶片进行低速旋转，风轮的转速很低无法产生强效的机械能，这个时候就需要依靠齿轮箱变速来实现高转速，将齿轮箱高转速产生的机械动能转递到发电机内部从而实现发电。齿轮箱的故障率较高，维修成本高昂，维修过程中涉及到吊装和运维，其成本有时甚至会超过齿轮箱的价值。（直驱风机不适用齿轮箱）

1.2.2发电机

是将风能转换为机械能再转换为电能的一种设备，理论上风机最多只能提取风能中59%的能量，现今正在运作的风力发电机所能达到的极限约为40%，大多数风力发电机实际效率范围在20%至40%之间。

1.2.3主轴及主轴承座

风电的主轴及主轴承座在征整机中用于联接风轮叶片与齿轮组，将叶片转动产生的动能转递到齿轮箱中。

1.2.4制动器

风力发电过程中风速并不是越大越好，当风机顶端的风速测量设备检测到风速过高时，则会通过电子传感器启动前端的制动器制止叶片转动，避免出现由于风速过高导致叶片脱落损毁等问题。

1.2.5风速和风向计量设备

安装与风力发电机顶部，用于实时测量风速风向等数据。

1.2.6机舱控制站

机舱控制站采集机组传感器测量的温度、压力、转速以及环境参数等信号，通过现场总线和机组主控制站通讯，主控制器通过机舱控制机架以实现机组的偏航、解缆等功能，此外还对机舱内各类辅助电机、油泵、风扇进行控制以使机组工作在最佳状态。

1.2.7变桨系统

变桨系统是变速恒频风电机组的重要组成部分，大型MW级以上风电机组通常采用液压变桨系统或电动变桨系统，其功能是在额定风速附近，依据风速的变化实时调节叶片角度，控制吸收的机械能，在保证获得最大能量（与额定功率对应）前提下，减少风力对风电机组的冲击；在停机时，变桨系统将桨叶调整到顺桨位置，实现空气动力学制动刹车，使风电机组安全停运。

1.2.8偏航系统和偏航马达

偏航系统的功能就是跟踪风向的变化，通过偏航马达驱动机舱围绕塔架中心线旋转，使风轮扫掠面与风向保持垂直，从而保证稳定的转速和功率。

1.3塔筒塔架部分

塔筒内部有爬梯、电缆梯、平台以及电气柜等内部结构，这些结构便于风电机组的日常运营和后期维护。

三、风力发电机各零部件的成本构成占比